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保温材料试验研究

    青藏铁路修筑过程中,路基高度是不断地随地形而变。尽管路基是地面上的一条具有几何形状的冷结构物,在增设的路基高度不足以补偿因改变原地表的性状时,路基下的热量平衡状态被破坏,出现吸热大于放热现象,多年冻土融化,上限下降。当采用通风管、碎块石等受到限制、而采用热桩使工程造价提高的情况下,在路基的某部位铺设一层工业保温材料,就可以阻隔太阳辐射的热量下传,相对地在一定的年限内保持多年冻土上限地热平衡状态,达到保持路基下多年冻土的稳定。

    为调节路基高度,减少换填厚度,或增加路堑边坡、基底的热稳定性安全贮备,也要满足工程的变形要求,常常采用轻质工业保温材料,如聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)、聚氨脂泡沫板(PU)等。技术指标应满足下列要求:导热系数<0.002~0.003W/m.K;密度>0.05g/cm3;抗压强度>0.3Mpa;吸水率<1%。

    保温材料铺设在路基中的某一位置,和换填材料组成复合型的保温路基。由于换填土与隔热材料的物理性质和热物理差异(主要是有无相变作用)很大,传热计算十分复杂,一般采用当量法分层计算,不仅繁琐,精度也受限制,在工程应用时常作一些假定将问题简化。如温度波衰减法、当量折算法、一维数值计算法等都能较简便的计算出土层中埋设保温隔热板厚度。

    为考察聚苯乙烯泡沫板(EPS)和聚氨酯泡沫板(PU)的工程应用效果,在青藏铁路多年冻土路基试验段进行了现场测试.结果表明,2种新型保温材料均具有较好的保温隔热性能,且PU板优于EPS板,保温性能与板厚之间存在非线性关系.较之对比断面,有保温板的断面基底年平均地温降低,上限抬升,有利于保护多年冻土.动态行车试验表明,保温板路基满足列车以100 km/h的速度运行的安全性与舒适性要求.

    风火山等地试验路基的观测结果表明,保温板的隔热效果非常明显,板上下地温相差约达5~10℃,融化指数(℃.d)减少87%左右。然而,冬季使路基下冷量也减少,冻结指数(℃.d)也减少80%左右。这样,多年冻土每年得到大气冷量的补充就减少,为长久的维持上限的稳定,就必须靠自身的温度调节,要消耗多年冻土的冷储量。这就是多年冻土区保温路基的缺点。但是,对于工程而言,可以在使用年限和保温措施延缓冻土融化间作出平衡的选择,以保证工程的稳定性。

(图1)

(图2)

(图3 土工膜)

(图4 聚氨脂泡沫板)

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